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1、1第四章第四章 刀具自动化刀具自动化 刀具是金属切削加工中不可缺少的工具之一，无刀具是金属切削加工中不可缺少的工具之一，无论是普通机床，还是先进的数控机床、加工中心机论是普通机床，还是先进的数控机床、加工中心机床以及柔性制造系统，都必须通过刀具才能完成切床以及柔性制造系统，都必须通过刀具才能完成切削加工。削加工。 刀具自动化：刀具自动化：是加工设备在切削过程中是加工设备在切削过程中自动完成自动完成选刀、换刀、对刀、走刀选刀、换刀、对刀、走刀等工作过程。等工作过程。22.自动化刀具的类型及选用自动化刀具的类型及选用类型：类型：分为分为标准刀具标准刀具和和专用刀具专用刀具两大类。两大类。l 在以在
2、以自动生产线自动生产线为代表的为代表的刚性自动化生产刚性自动化生产中，应尽中，应尽可能可能提高刀具的专用化程度提高刀具的专用化程度，以取得最佳的效益。，以取得最佳的效益。l 在以在以数控机床、加工中心数控机床、加工中心为主体构成的为主体构成的柔性自动柔性自动化加工系统中化加工系统中，为了提高加工的适应性，同时考虑，为了提高加工的适应性，同时考虑到到加工设备的刀库容量有限加工设备的刀库容量有限，应，应尽量减少使用专用尽量减少使用专用刀具刀具，而，而选用通用标准刀具选用通用标准刀具、刀具标准组合件或模刀具标准组合件或模块式刀具块式刀具。3p常用的种类：常用的种类：可转位车刀、高可转位车刀、高速钢麻
3、花钻、机速钢麻花钻、机夹扁钻、扩孔钻、夹扁钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、立铰刀、镗刀、立铣刀、面铣刀、铣刀、面铣刀、丝锥和各种复合丝锥和各种复合刀具等刀具等 4p刀具的选用要考虑的因素有：刀具的选用要考虑的因素有：l 刀具的使用条件；刀具的使用条件；l 被加工工件材料与尺寸；被加工工件材料与尺寸；l 刀具的断屑情况；刀具的断屑情况；l 刀具和刀片的生产供应；刀具和刀片的生产供应；l 刀具的结构型式。刀具的结构型式。5p刀具的选用原则如下：刀具的选用原则如下： 1）为了）为了提高刀具的耐用度和可靠性提高刀具的耐用度和可靠性，应尽量选用应尽量选用各种高性能、高效率、长寿命的刀具材料制成的刀各种高性能、高
4、效率、长寿命的刀具材料制成的刀具。具。 2）应选用机夹可转位刀具的结构应选用机夹可转位刀具的结构。 3）为了集中工序，为了集中工序，提高生产率及保证加工精度，提高生产率及保证加工精度，应尽可能采用复合刀具。应尽可能采用复合刀具。 4）应尽量采用各种高效刀具。应尽量采用各种高效刀具。 6二、自动化刀具装夹机构二、自动化刀具装夹机构p自动化刀具装夹机构的作用：自动化刀具装夹机构的作用： 充分发挥自动化加工设备应有的效率，实现快充分发挥自动化加工设备应有的效率，实现快速自动换刀。速自动换刀。p方法：方法：必须要配备一套标准的装夹机构，建立必须要配备一套标准的装夹机构，建立一套标准的一套标准的工具系统
5、工具系统。p工具系统：工具系统： 是针对数控机床要求与之配套的是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快刀具必须可快换、高效切削换、高效切削而发展起来的，是而发展起来的，是刀具与机床的接刀具与机床的接口口。7工具系统的分类：工具系统的分类：l 镗铣类数控机床用工具系统（简称镗铣类数控机床用工具系统（简称”TSG”系统）系统）l 车床类数控机床用工具系统（简称车床类数控机床用工具系统（简称“BTS”系统）系统）l 可同时适应数控车削和数控镗铣加工的工具系统。可同时适应数控车削和数控镗铣加工的工具系统。8 数控铣床、加工中心用刀具数控铣床、加工中心用刀具p工具柄部工具柄部p自动化刀具的组成：自动化刀
6、具的组成：由与机床主轴孔相适应的由与机床主轴孔相适应的工具工具柄部柄部、与工具柄部、与工具柄部 相联接的相联接的工具装夹部分工具装夹部分和各种和各种刀刀具具部分组成部分组成 在数控铣床、加工中心类机床上一般都采用在数控铣床、加工中心类机床上一般都采用7:24圆锥柄工具。圆锥柄工具。 不自锁，换刀比较方便，并且与直柄相比有较高不自锁，换刀比较方便，并且与直柄相比有较高的定心精度和较高的刚性。的定心精度和较高的刚性。 对于有自动换刀装置的加工中心类机床，对于有自动换刀装置的加工中心类机床，在加工在加工工件时主轴上的工具要频繁地更换，为了达到较高工件时主轴上的工具要频繁地更换，为了达到较高的换刀精度
7、的换刀精度, 工具柄部必须有较高的制造精度工具柄部必须有较高的制造精度9p工具系统的组成：工具系统的组成： 主要由主要由刀具的柄部刀具的柄部（刀柄）、（刀柄）、接杆接杆（接柄）和（接柄）和夹头夹头等部分组成。等部分组成。 工具系统工具系统中规定了中规定了刀具刀具与与装夹工具装夹工具的的结构、尺寸结构、尺寸系列及其连接形式系列及其连接形式。p更完善的工具系统更完善的工具系统还包括还包括自动换刀装置自动换刀装置、刀库、刀库、刀具识别装置刀具识别装置和和刀具自动检测装置刀具自动检测装置等。等。101.数控车削加工的刀具装夹结构数控车削加工的刀具装夹结构p车削加工的工具系统的组成：车削加工的工具系统的
8、组成： 由机床由机床刀架、刀架、刀夹基座刀夹基座及其及其快换刀夹快换刀夹和和预调刀头预调刀头等组成。等组成。 111213u 柄式夹持柄式夹持( (轴向夹持轴向夹持) )1-1-活动爪活动爪 2-2-轴轴 3-3-挡销挡销 4-4-锁紧销锁紧销 5-5-调整螺栓调整螺栓 6-6-弹簧柱塞弹簧柱塞 7-7-固定爪固定爪2数控镗铣加工工具系统数控镗铣加工工具系统 刀具的夹持刀具的夹持141-1-拉杆，拉杆，2-2-刀柄刀柄 3-3-法兰盘法兰盘 4-4-带洼形肩面带洼形肩面u 法兰盘式夹持法兰盘式夹持15ISO 7388及及DIN 69871的的A型拉钉型拉钉 ISO 7388及及DIN 6987
9、1的的B型拉钉型拉钉 MAS BT拉钉拉钉拉钉：拉钉： 带螺纹的零件，连接在各种工具柄的尾带螺纹的零件，连接在各种工具柄的尾端，作为镗铣主轴拉刀固定用。端，作为镗铣主轴拉刀固定用。162数控镗铣加工工具系统数控镗铣加工工具系统p数控镗铣加工工具系统数控镗铣加工工具系统有有整体整体和和模块模块两种不同的结两种不同的结构型式。构型式。l 整体式结构的特点：整体式结构的特点：是是工具的柄部工具的柄部与与夹持夹持工具工具的的工工作部分作部分连成一体；因此连成一体；因此不同品种和规格的不同品种和规格的工作部分工作部分都必须加工出一个能都必须加工出一个能与机床连接与机床连接的的柄部柄部；l 缺点：缺点：致
10、使工具的规格、品种繁多，给生产、使用致使工具的规格、品种繁多，给生产、使用和管理都带来不便。和管理都带来不便。l 用途：用途：用于刀具装配中用于刀具装配中装夹不改变装夹不改变，或，或不宜使用模不宜使用模块式刀柄块式刀柄的场合。的场合。17镗铣类整体式工具系统组成镗铣类整体式工具系统组成18 柄杆与刀具的联接柄杆与刀具的联接19模块式工具系统的机构特点：模块式工具系统的机构特点：l 把把工具的柄部工具的柄部和和工作部分工作部分分割开来分割开来，制成各种，制成各种系列系列化的模块化的模块，然后经过不同规格的，然后经过不同规格的中间模块中间模块，可组，可组装装成成一套套不同规格的一套套不同规格的工具
11、工具。l 既既便于制造、使用与保管便于制造、使用与保管，又能以最，又能以最少工具库存少工具库存来来满足不同零件满足不同零件的加工要求，因而它代表了工具系统的加工要求，因而它代表了工具系统发展的发展的 总趋势。总趋势。 l各模块的联接采用短圆锥定位，中心螺钉拉紧。各模块的联接采用短圆锥定位，中心螺钉拉紧。 属于这类工具系统的还有德国的属于这类工具系统的还有德国的Komet公司的公司的ABS工具系统，瑞典工具系统，瑞典Sandvik公司的公司的Varilock工具系工具系统等。统等。 20镗铣类模块式工具系统组成镗铣类模块式工具系统组成21 模块结构的工具系统模块结构的工具系统主柄主柄联接杆联接杆
12、工作头工作头22 通过将通过将基本刀柄基本刀柄、接杆接杆和和加长杆加长杆( (如如需要需要) )进行进行组合组合，能组成很多种类能组成很多种类的刀柄。的刀柄。2324TMG21工具系统工具系统25第二节自动化换刀系统第二节自动化换刀系统为了提高数控机床的加工效率，除了要提高切削速度，为了提高数控机床的加工效率，除了要提高切削速度，减少非切削时间也非常重要，减少非切削时间也非常重要，现代数控机床正向着工现代数控机床正向着工件在一台机床上一次装夹可完成多道工序或全部工序件在一台机床上一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，加工的方向发展，这些多工序加工的数控机床在加工这些多工序加工的数控机
13、床在加工过程中需过程中需使用多种刀具使用多种刀具，因此必须有，因此必须有自动换刀装置自动换刀装置，以便以便选用不同的刀具选用不同的刀具来完成不同工序的加工。来完成不同工序的加工。p能够自动地更换加工中所用刀具的装置称为自动换能够自动地更换加工中所用刀具的装置称为自动换刀装置（刀装置（Automatic Tool Changer,简称简称ATC）。）。26 一、换刀装置的类型和组成一、换刀装置的类型和组成 1.主轴与刀库合为一体的自动换刀装置主轴与刀库合为一体的自动换刀装置 2.主轴与刀库分离的自动换刀装置主轴与刀库分离的自动换刀装置 二、刀库二、刀库 1.刀库类型刀库类型 2.刀具的选择方式刀
14、具的选择方式3.刀具运送装置刀具运送装置 4.刀具的识别刀具的识别三、自动化换刀机构三、自动化换刀机构 1回转刀架回转刀架 2.通过主轴换刀通过主轴换刀 3.利用机械手换刀利用机械手换刀27一、换刀装置的类型和组成一、换刀装置的类型和组成 常用的自动换刀装置有如下几种形式：常用的自动换刀装置有如下几种形式： 1.主轴与刀库合为一体的自动换刀装置主轴与刀库合为一体的自动换刀装置( (转塔头式换刀装置转塔头式换刀装置) 若干根主轴安装在一个可以转若干根主轴安装在一个可以转动的转塔头上，每根主轴对应动的转塔头上，每根主轴对应装有一把可以旋转的刀具。装有一把可以旋转的刀具。 根据加工要求可以依次将装有
15、根据加工要求可以依次将装有所需刀具的主轴转到加工位置，所需刀具的主轴转到加工位置，实现自动换刀，实现自动换刀， 接通主运动，接通主运动，主轴带动刀具旋转。主轴带动刀具旋转。28 水平转轴自动换刀装置水平转轴自动换刀装置 其其工序工序为为：1粗车外圆，粗车外圆，2钻孔，钻孔，3精车外圆，精车外圆，4镗孔，镗孔，5外圆切槽，外圆切槽，6内孔切槽，内孔切槽，7车螺纹，车螺纹， 8精镗孔精镗孔 每道工序所使用的是通用每道工序所使用的是通用刀具。为实现刀具的预调和刀具。为实现刀具的预调和快速装夹，应具有专用刀夹快速装夹，应具有专用刀夹和刀夹与主轴的连接基础。和刀夹与主轴的连接基础。29 多主轴转塔头结构
16、多主轴转塔头结构8轴立式转塔头轴立式转塔头10工位车削中心转塔头工位车削中心转塔头30 特点：特点：l 主轴转塔头可看作是一个转塔刀库，它的结主轴转塔头可看作是一个转塔刀库，它的结构简单，换刀时间短，仅为构简单，换刀时间短，仅为2s左右。左右。l 但由于受到空间位置的限制，主轴数目不能但由于受到空间位置的限制，主轴数目不能太多，主轴部件的结构刚度也有所下降，太多，主轴部件的结构刚度也有所下降，用途：用途： 只适用与工序较少，精度要求不太高的数控机只适用与工序较少，精度要求不太高的数控机床，如数控钻床、数控铣床等。床，如数控钻床、数控铣床等。312.主轴与刀库分离的自动换刀装置主轴与刀库分离的自动换刀装置 刀库式自动换刀装置刀库式自动换刀装置组成：组成：刀库、刀具交换装置刀库、刀具交换装置以及以及主轴主轴等组成。等组成。 l 配备有独立的刀库，配备有独立的刀库，存放较多的刀具，以适应复杂存放较多的刀具，以适应复杂零件的多工序加工；零件的多工序加工；l 只有一根主轴，只有一根主轴，全部刀具都应具有全部刀具都应具有统一的标准刀柄统一的标准刀柄，由由主轴上的刀具自动装卸机构主轴上的刀具自动装卸
